Cette photo montre la plus grande concentration de trous noirs jamais observée

Une équipe internationale d'astrophysiciens dirigée par des chercheurs de Penn State a révélé l'image ci-dessus lors de la réunion annuelle de l'American Astronomical Society, la semaine dernière. Elle présente la plus grande concentration de trous noirs jamais observée.

Chaque point coloré représente les rayons X recueillis par l'observatoire orbital de la NASA, Chandra - les rayons X les plus faibles sont en rouge, les plus forts, en bleu. Parce que gaz sont de plus en plus chauds à mesure qu'ils s'approchent de l'horizon d'événement du trou noir, ils produisent le rayonnement détecté par Chandra. L'astrophysicien Penn Neil Brandt a expliqué à Motherboard que 70% de ces points lumineux environ représentent des trous noirs supermassifs. Les autres correspondent aux rayons X émis par d'autres objets, comme les trous noirs de masse stellaire, les étoiles à neutrons et les nuages de gaz chaud.

L'image couvre une zone du ciel égale aux deux tiers d'une pleine lune. C'est au centre de la photo que la concentration de trous noirs supermassifs est la plus élevée. Du jamais vu.

« J'ai travaillé sur ce sujet pendant 17 ans – pourtant, j'ai été surpris par le nombre de trous noirs supermassifs que nous avons détectés en observant le ciel en profondeur », a expliqué Brandt à Motherboard.

Cette image est le produit de 11 semaines et demi d'observation du champ profond de Chandra sud, une fenêtre sur notre univers qui se trouve être relativement peu obscurcie par les nuages d'hydrogène neutre qui composent la Voie Lactée. C'est l'image radio la plus profonde jamais prise ; elle donne aux astronomes et aux astrophysiciens un aperçu inédit de la façon dont les trous noirs se sont formés dans l'univers primitif. Chandra a été réglé à une exposition de 7 millions de secondes, c'est-à-dire à très haute sensibilité – en effet, les émissions de rayons X les plus faibles détectées par le télescope spatial étaient constituées d'un unique photon atteignant les détecteurs une fois tous les dix jours environ.

Les trous noirs observés possèdent une masse allant de 100 000 à 10 milliards de fois la masse de notre Soleil, et certains d'entre eux sont situées au sein de galaxies situées à 12,5 milliards d'années-lumière de nous. Cela permet ainsi aux astronomes d'étudier la formation des trous noirs lors de la période qui s'étend d'1 à 2 milliards d'années après le Big Bang – tout ceci afin de répondre à une épineuse question : comment les trous noirs peuvent-ils bien grossir aussi rapidement ?

« Nous savons que les trous noirs supermassifs existaient très tôt dans l'histoire de l'univers » explique Brandt. « La question est : comment ont-ils pu se former aussi vite ? »

Selon les chercheurs, l'image et les données associées suggèrent que, lorsque l'univers était jeune, les « embryons » de trous noirs supermassifs possèdaient une masse comprise entre 10 000 et 100 000 fois celle de notre Soleil. Cette hypothèse s'oppose à des hypothèses formulées précédemment, qui spéculent la naissance d'embryons de trous noirs dits « légers. » Il reste cependant difficile de déterminer ce qui constitue un « embryon » de trou noir, et de trouver un critère de distinction entre les « légers » et les « lourds ». Deux camps s'affrontent.

Selon Brandt, les jeunes trous noirs sont « légers » et se forment après l'effondrement d'une étoile massive ; le trou noir nouveau-né possède alors une masse équivalente à 10 fois celle de notre soleil seulement. Il grossira ensuite rapidement en dévorant des gaz, de la poussière et des étoiles, et deviendra un trou noir supermassif.

Le camp de l'hypothèse des embryons « lourds », quant à lui, pense que les jeunes trous noirs supermassifs sont issus de l'effondrement d'énormes nuages de gaz ; dès leur naissance, ils posséderaient une masse comprise entre 10 000 et 100 000 fois celle de notre Soleil, puis grossiraient très lentement par la suite.

« Les grandes questions que nous tentons de résoudre ici sont : quelle est la nature exacte des 'embryons' de trous noirs ? Par quels mécanismes exacts se sont-ils développés pour devenir de magnifiques trous noirs supermassifs matures ? », se demande Brandt. « Nous pensons que nous pouvons trouver une explication convaincante, mais pour le moment, les hypothèses concurrentes sont encore trop nombreuses. »